modules/midi.c

   1 /*
   2   midi.c -- implement Python midi parser module
   3
   4   source file of the GNU LilyPond music typesetter
   5
   6   (c)  2001 Han-Wen Nienhuys <hanwen@cs.uu.nl>
   7             Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   8
   9 */
  10
  11 /*
  12
  13 python2
  14 import midi
  15 s = open ("s.midi").read ()
  16 midi.parse_track (s)
  17 midi.parse (s)
  18
  19 */
  20
  21 #include "config.h"
  22
  23 /* urg */
  24 #if HAVE_PYTHON2_PYTHON_H
  25 #include <python2/Python.h>
  26 #elif HAVE_PYTHON2_1_PYTHON_H
  27 #include <python2.1/Python.h>
  28 #elif HAVE_PYTHON2_0_PYTHON_H
  29 #include <python2.0/Python.h>
  30 #elif HAVE_PYTHON1_5_PYTHON_H
  31 #include <python1.5/Python.h>
  32 #elif HAVE_PYTHON_PYTHON_H
  33 #define assert(x)
  34 #include <python/Python.h>
  35 #elif HAVE_PYTHON_H
  36 #define assert(x)
  37 #include <Python.h>
  38 #else
  39 #error Need Python.h
  40 #endif
  41
  42 #if 0
  43 int x = 0;
  44 int *track = &x;
  45 #define debug_print(f, args...) fprintf (stderr, "%s:%d: track: %p :" f, __FUNCTION__, __LINE__, *track, ##args)
  46 #else
  47 #define debug_print(f, args...)
  48 #endif
  49
  50 static PyObject *Midi_error;
  51 static PyObject *Midi_warning;
  52
  53 static PyObject *
  54 midi_error (char *s)
  55 {
  56   PyErr_SetString (Midi_error, s);
  57   return 0;
  58 }
  59
  60 static PyObject *
  61 midi_warning (char *s)
  62 {
  63   PyErr_SetString (Midi_warning, s);
  64   return 0;
  65 }
  66
  67
  68 typedef struct message {
  69   unsigned char msg;
  70   char * description;
  71 } message_t;
  72
  73 message_t channelVoiceMessages[] = {
  74   0x80, "NOTE_OFF",
  75   0x90, "NOTE_ON",
  76   0xA0, "POLYPHONIC_KEY_PRESSURE",
  77   0xB0, "CONTROLLER_CHANGE",
  78   0xC0, "PROGRAM_CHANGE",
  79   0xD0, "CHANNEL_KEY_PRESSURE",
  80   0xE0, "PITCH_BEND",
  81   0,0
  82 };
  83
  84 message_t channelModeMessages[] = {
  85   0x78, "ALL_SOUND_OFF",
  86   0x79, "RESET_ALL_CONTROLLERS",
  87   0x7A, "LOCAL_CONTROL",
  88   0x7B, "ALL_NOTES_OFF",
  89   0x7C, "OMNI_MODE_OFF",
  90   0x7D, "OMNI_MODE_ON",
  91   0x7E, "MONO_MODE_ON",
  92   0x7F, "POLY_MODE_ON",
  93   0,0
  94 };
  95
  96 message_t metaEvents[] = {
  97   0x00, "SEQUENCE_NUMBER",
  98   0x01, "TEXT_EVENT",
  99   0x02, "COPYRIGHT_NOTICE",
 100   0x03, "SEQUENCE_TRACK_NAME",
 101   0x04, "INSTRUMENT_NAME",
 102   0x05, "LYRIC",
 103   0x06, "MARKER",
 104   0x07, "CUE_POINT",
 105   0x20, "MIDI_CHANNEL_PREFIX",
 106   0x21, "MIDI_PORT",
 107   0x2F, "END_OF_TRACK",
 108   0x51, "SET_TEMPO",
 109   0x54, "SMTPE_OFFSET",
 110   0x58, "TIME_SIGNATURE",
 111   0x59, "KEY_SIGNATURE",
 112   0x7F, "SEQUENCER_SPECIFIC_META_EVENT",
 113   0xFF, "META_EVENT",
 114   0,0
 115 };
 116
 117 void
 118 add_constants (PyObject *dict)
 119 {
 120   message_t * p[] = {metaEvents, channelModeMessages, channelVoiceMessages ,0};
 121   int i,j;
 122   for ( j =0; p[j]; j++)
 123     for ( i = 0; p[j][i].description; i++)
 124       PyDict_SetItemString (dict, p[j][i].description, Py_BuildValue ("i", p[j][i].msg));
 125 }
 126
 127 unsigned long int
 128 get_number (unsigned char ** str, unsigned char * end_str, int length)
 129 {
 130   /* # MIDI uses big-endian for everything */
 131   long sum = 0;
 132   int i = 0;
 133
 134   for (; i < length; i++)
 135     sum = (sum << 8) + (unsigned char) (*str)[i];
 136
 137   *str += length;
 138   debug_print ("%d:\n", sum);
 139   return sum;
 140 }
 141
 142 unsigned long int
 143 get_variable_length_number (unsigned char **str, unsigned char * end_str)
 144 {
 145   long sum = 0;
 146   int i = 0;
 147   while (*str < end_str)
 148     {
 149       unsigned char x = **str;
 150       (*str) ++;
 151       sum = (sum << 7) + (x & 0x7F);
 152       if (!(x & 0x80))
 153         break;
 154     }
 155   debug_print ("%d:\n", sum);
 156   return sum;
 157 }
 158
 159 PyObject *
 160 read_one_byte (unsigned char **track, unsigned char *end,
 161                unsigned char x)
 162 {
 163   PyObject *pyev = Py_BuildValue ("(i)", x);
 164   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 165
 166   return pyev;
 167 }
 168
 169 PyObject *
 170 read_two_bytes (unsigned char **track, unsigned char *end,
 171                 unsigned char x)
 172 {
 173   PyObject *pyev = Py_BuildValue ("(ii)", x, (*track)[0]);
 174   *track += 1;
 175   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 176   return pyev;
 177 }
 178
 179 PyObject *
 180 read_three_bytes (unsigned char **track, unsigned char *end,
 181                   unsigned char x)
 182 {
 183   PyObject *pyev = Py_BuildValue ("(iii)", x, (*track)[0],
 184                                   (*track)[1]);
 185
 186   *track += 2;
 187   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 188   return pyev;
 189 }
 190
 191 PyObject *
 192 read_string (unsigned char **track, unsigned char *end)
 193 {
 194   unsigned long length = get_variable_length_number (track, end);
 195   if (length > end - *track)
 196     length = end - *track;
 197
 198   *track += length;
 199   return Py_BuildValue ("s", ((*track) -length));
 200 }
 201
 202 typedef PyObject* (*Read_midi_event)
 203      (unsigned char **track, unsigned char *end,
 204       unsigned char x);
 205
 206
 207 static PyObject *
 208 read_f0_byte (unsigned char **track, unsigned char *end,
 209               unsigned char x)
 210
 211 {
 212   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 213   if (x == 0xff)
 214     {
 215       unsigned char z = (*track)[0 ];
 216       *track += 1;
 217       debug_print ("%x:%s", z, "f0-event\n");
 218
 219       if (z == 0x2f && (*track)[0] == 0x00) /* end of track */
 220         {
 221           *track += 1;
 222           return 0;
 223         }
 224       else
 225         return Py_BuildValue ("(iiO)", x, z, read_string (track, end));
 226     }
 227
 228   return Py_BuildValue ("(iO)", x, read_string (track, end));
 229 }
 230
 231 Read_midi_event read_midi_event [16] =
 232 {
 233   read_one_byte,  //  0
 234   read_one_byte,  // 10
 235   read_one_byte,  // 20
 236   read_one_byte,  // 30
 237   read_one_byte,  // 40
 238   read_one_byte,  // 50
 239   read_one_byte,  // 60 data entry.
 240   read_two_bytes, // 70 all notes off
 241   read_three_bytes, // 80 note off
 242   read_three_bytes, // 90 note on
 243   read_three_bytes, // a0 poly aftertouch
 244   read_three_bytes, // b0 control
 245   read_two_bytes,  // c0 prog change
 246   read_two_bytes, // d0 ch aftertouch
 247   read_three_bytes, // e0 pitchwheel range
 248   read_f0_byte,   // f0
 249 };
 250
 251
 252 static PyObject *
 253 read_event (unsigned char **track, unsigned char *end, PyObject *time,
 254             unsigned char *running_status)
 255 {
 256   int rsb_skip = ((**track & 0x80)) ? 1 :0;
 257
 258   unsigned char x = (rsb_skip) ? (*track)[0]: *running_status;
 259
 260   PyObject * bare_event = 0;
 261   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 262   *running_status = x;
 263   *track += rsb_skip;
 264
 265   //  printf ("%x %x %d next %x\n", x, (*track)[0], rsb_skip, (*track)[1]);
 266   bare_event = (*read_midi_event[x >> 4]) (track, end, x);
 267   if (bare_event)
 268     return Py_BuildValue ("(OO)", time, bare_event);
 269   else
 270     return NULL;
 271 }
 272
 273 static PyObject *
 274 midi_parse_track (unsigned char **track, unsigned char *track_end)
 275 {
 276   unsigned int time = 0;
 277   unsigned char running_status;
 278   unsigned long track_len, track_size;
 279   PyObject *pytrack = 0;
 280
 281   debug_print ("%s", "\n");
 282
 283   track_size = track_end - *track;
 284
 285   debug_print ("%s", "\n");
 286   if (strcmp (*track, "MTrk"))
 287     return midi_error (__FUNCTION__ ": MTrk expected");
 288
 289   *track += 4;
 290
 291   track_len = get_number (track, *track + 4, 4);
 292
 293
 294   debug_print ("track_len: %u\n", track_len);
 295   debug_print ("track_size: %u\n", track_size);
 296   debug_print ("track begin: %p\n", track);
 297   debug_print ("track end: %p\n", track + track_len);
 298
 299   if (track_len > track_size)
 300     return midi_error (__FUNCTION__ ": track size corrupt");
 301
 302   pytrack = PyList_New (0);
 303
 304   track_end = *track + track_len;
 305
 306   {
 307     PyObject *pytime = PyInt_FromLong (0L);
 308     while (*track < track_end)
 309       {
 310         long dt = get_variable_length_number(track, track_end);
 311         PyObject *pyev = 0;
 312
 313         time += dt;
 314         if (dt)
 315           pytime = PyInt_FromLong (time);
 316
 317         pyev = read_event (track, track_end, pytime,
 318                            &running_status);
 319         if (pyev)
 320           PyList_Append (pytrack, pyev);
 321       }
 322   }
 323
 324   *track = track_end;
 325   return pytrack;
 326 }
 327
 328
 329 static PyObject *
 330 pymidi_parse_track (PyObject *self, PyObject *args)
 331 {
 332   unsigned char *track, *track_end;
 333   unsigned long track_size, track_len;
 334
 335   PyObject * sobj = PyTuple_GetItem (args, 0);
 336
 337   debug_print ("%s", "\n");
 338   if (!PyArg_ParseTuple (args, "s#", &track, &track_size))
 339     return 0;
 340
 341   if (track_size < 0)
 342     return midi_error (__FUNCTION__  ": negative track size");
 343
 344   track_end = track + track_size;
 345
 346   return midi_parse_track (&track, track_end);
 347 }
 348
 349 static PyObject *
 350 midi_parse (unsigned char **midi,unsigned  char *midi_end)
 351 {
 352   PyObject *pymidi = 0;
 353   unsigned long header_len;
 354   unsigned format, tracks;
 355   int division;
 356   int i;
 357
 358   debug_print ("%s", "\n");
 359
 360   /* Header */
 361   header_len = get_number (midi, *midi + 4, 4);
 362
 363
 364   if (header_len < 6)
 365     return midi_error (__FUNCTION__ ": header too short");
 366
 367   format = get_number (midi, *midi + 2, 2);
 368   tracks = get_number (midi, *midi + 2, 2);
 369
 370   if (tracks > 32)
 371     return midi_error (__FUNCTION__ ": too many tracks");
 372
 373   division = get_number (midi, *midi + 2, 2) * 4;
 374
 375
 376   if (division < 0)
 377     /* return midi_error ("can't handle non-metrical time"); */
 378     ;
 379   *midi += header_len - 6;
 380
 381   pymidi = PyList_New (0);
 382
 383   /* Tracks */
 384   for (i = 0; i < tracks; i++)
 385     PyList_Append (pymidi, midi_parse_track (midi, midi_end));
 386
 387   pymidi = Py_BuildValue ("(OO)", Py_BuildValue ("(ii)", format, division),
 388                           pymidi);
 389   return pymidi;
 390 }
 391
 392 static PyObject *
 393 pymidi_parse (PyObject *self, PyObject *args)
 394 {
 395   unsigned char *midi, *midi_end;
 396   unsigned long midi_size, midi_len;
 397
 398   PyObject *sobj = PyTuple_GetItem (args, 0);
 399
 400   debug_print ("%s", "\n");
 401   if (!PyArg_ParseTuple (args, "s#", &midi, &midi_size))
 402     return 0;
 403
 404   if (strcmp (midi, "MThd"))
 405       return midi_error (__FUNCTION__ ": MThd expected");
 406
 407   midi += 4;
 408
 409   midi_end = midi + midi_size;
 410
 411   return midi_parse (&midi, midi_end);
 412 }
 413
 414
 415 static PyMethodDef MidiMethods[] =
 416 {
 417   {"parse",  pymidi_parse, 1},
 418   {"parse_track",  pymidi_parse_track, 1},
 419   {0, 0}        /* Sentinel */
 420 };
 421
 422 initmidi ()
 423 {
 424   PyObject *m, *d;
 425   m = Py_InitModule ("midi", MidiMethods);
 426   d = PyModule_GetDict (m);
 427
 428   Midi_error = PyString_FromString ("midi.error");
 429   PyDict_SetItemString (d, "error", Midi_error);
 430   add_constants (d);
 431   Midi_warning = PyString_FromString ("midi.warning");
 432   PyDict_SetItemString (d, "warning", Midi_warning);
 433 }